舰船舱内爆炸载荷下Y形夹层板动响应及抗爆性能影响因素

针对反舰武器攻击下舰船结构抗毁伤防护问题,采用小型舱室模型实验结合有限元数值分析的方法,分析不同爆距下Y形夹层板结构的动响应特性,总结得到Y形夹层板结构面板的7种变形模式,发现面板变形模式与爆距和与其相连芯层刚度的相对强弱有关,爆距较小时面板易发生局部隆起变形,爆距较大则易发生整体碟形变形或板格变形,芯层强、面板弱时面板易发生板格变形,面板强、芯层弱时则易发生整体碟形变形,迎爆面板和V形芯层的刚度较大时背爆面面板则发生整体碟形变形。总结了Y形芯层在舱内爆炸载荷作用下的3种典型变形情况,即V屈曲I失稳、V屈曲I不变、V不变I不变;探究了迎爆面面板厚度、V形芯层厚度和I形芯层厚度对Y形夹层板结构抗爆性能的影响,发现增加迎爆面面板厚度和I形芯层厚度都可以显著降低背板变形,但增加迎爆面面板厚度会使得结构总吸能降低,增加I形芯层厚度则结构总吸能基本不变,增加V形芯层厚度则V形芯层吸能急剧下降,背板最大变形先增加再减小,结构总吸能下降。     

内爆载荷下民机用定向泄爆容器结构的动态响应

为保证民机航空安全、满足民机抗爆结构设计要求,研究不同当量TNT内爆冲击下民机用定向泄爆容器结构的动态响应。设计用于民机上爆炸物危险排除的定向泄爆容器,通过爆炸试验验证泄爆容器的可靠性,确定泄爆容器的爆炸物临界包容当量为42 g。进一步对该泄爆容器在不同当量内爆载荷下的动态响应进行数值仿真,分析塞块的运动过程以及内爆载荷对泄爆容器的作用机理。研究结果表明：剪切销在爆炸冲击波作用下剪切断裂,剪断过程中塞块发生振动,剪切销剪断后塞块持续加速,容器内最终产生约7.5 MPa的准静态压力,塞块冲破机身壁板后匀速飞出,容器泄压并自泄爆口向内形成约0.38～0.85 MPa的压强梯度;TNT当量对塞块飞行速度的影响明显,塞块飞行速度随当量的增加而提高,且提高率不断减小。所得研究结果可为民机防爆容器的设计以及应用提供支撑。     

内部爆炸载荷作用下建筑物动态响应的三维数值模拟

在利用三维数值模拟方法对建筑结构在内部爆炸作用下的响应问题进行了研究，得到了建筑的结构响应历史，对于典型承载结构单元进行了应变历史分析．结合建筑结构的抗震设计指标，确定出了在一定当量的爆炸载荷下典型建筑物目标的毁伤范围。     

空中爆炸载荷下梯度波纹夹层板抗爆性能仿真研究

通过有限元软件Autodyn模拟了梯度波纹夹层板在空中爆炸载荷下的动态响应,分析了芯层排列顺序对其响应模式和抗爆性能的影响;在此基础上,选择抗爆性能最优的芯层组合填充聚氯乙烯泡沫,研究了填充方式对其抗爆性能的影响;分析了夹层结构的吸能特性。结果表明：芯层壁板厚度从迎爆面到背爆面逐渐减小的组合具有最优的抗爆性能,且只在第一层填充泡沫的梯度波纹夹层板的下面板变形最小;从迎爆面到背爆面单层填充时,聚氯乙烯泡沫的吸能不断下降;随着填充层数增加,下面板变形以及聚氯乙烯泡沫和下面板的吸能逐渐增大。     

水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应机理

以某型水面舰船防护结构的膨胀舱为原型设计板架试验模型,依药量和爆距不同进行7个工况的水下近距和接触爆炸试验。采用光子多普勒测速系统测量模型典型位置的速度时程,收集试验产生的飞片,并对试验后板架的破口形态进行记录。结合数值方法对试验结果进行对比分析,验证试验结果的一般性及数值计算方法的准确性。根据试验和数值计算结果对水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应开展研究。研究结果表明：板架结构容易在加强筋、隔板处发生剪切或撕裂破坏形成飞片,飞片的形成与药量、爆距、板架的结构形式均有密切关系;爆炸载荷驱动下板面上各点速度以爆心投影点为中心沿板面向外呈指数衰减趋势;当爆距大于2倍装药半径后,不同药量在相同的距径比下,板架结构上正入射点处速度峰值基本相当。     

蜂窝夹层结构等效板力学特性研究

蜂窝夹层结构广泛应用在航空航天领域,但是现在国际上通用的结构分析软件中,都没有标准的蜂窝夹层结构单元.文中给出的蜂窝夹层结构的等效模型等效板可以很好地解决这个问题.通过一个具体的算例,证明了在有限元分析中等效方法的合理性和正确性.     

瞬态载荷作用下船体板架结构单参数畸变响应模型研究

从工程实际出发,以船体板架结构为例,采用数值分析方法,讨论在缩比模型设计中板的厚度不能与长/宽按同一比例缩小时的模型畸变方法。根据有限元预测系数法,采用数值分析预测畸变模型的动响应畸变系数,实现用畸变模型预测原型的动响应特性。     

重复爆炸载荷作用下薄壁方管动力响应研究

薄壁方管作为一种典型工程构件,在建筑、海洋、航天等领域应用广泛,其结构面临遭受重复爆炸的风险,开展薄壁方管在重复爆炸载荷作用下的动力响应研究具有重要现实意义。采用实验与数值模拟相结合的方法,对比分析了薄壁方管在单次和重复爆炸载荷作用下的动力响应。将壁厚4 mm、横截面边长100 mm的薄壁方管置于爆炸场中进行冲击实验,并利用非线性动力有限元程序LS-DYNA完全重启动功能及流体与固体耦合算法,对薄壁方管在单次爆炸和重复爆炸载荷下的非线性动力响应过程进行三维数值模拟;描述了方管在不同爆炸次数下的动力响应及损伤变形,给出了一种通过损伤因子反映爆炸载荷作用后材料损伤劣化的数值计算方法。研究结果表明：方管在重复爆炸作用下的变形会产生损伤积累;相同爆炸载荷作用下已变形损伤的方管相对无损方管其有效应变增量更大,在迎爆点周围区域、侧边以及塑性铰位置,前者有效应变增量达到了后者的2.47～3.88倍,容易引起方管更严重的毁伤;两侧边是方管较脆弱的区域,极易因应力集中产生较大的塑性应变,需要特别加强防护。     

方格夹层板在冲击载荷作用下的响应分析

对方格夹层板在爆炸冲击波载荷作用下的响应进行数值计算分析。首先验证数值计算方法的可靠性。在此基础上对方格夹层板和普通加筋板在爆炸冲击波载荷作用下的响应进行数值计算。结果表明,夹层板的性能明显优于普通加筋板。然后,变换夹层板参量,如加筋厚度、加筋高度等,通过数值分析来探讨夹层板在爆炸冲击波载荷作用下的响应,并分析了各参量对夹层板性能的影响。     

鸟体撞击蜂窝夹层板的动力响应分析研究

用数值模拟方法研究了蜂窝夹层板在鸟撞速度为80 m/s和120 m/s冲击速度下的动态响应、能量吸收特性以及冲击能量耗散途径和规律。研究表明:金属蜂窝夹层板在80~120 m/s冲击速度下能够较好地吸收鸟体撞击产生的冲击能量;能量吸收的主要机制为夹芯的逐步压溃、撕裂,面板的弯曲和拉伸变形。对蜂窝夹层板能量吸收起主要作用的是上面板,例如:当鸟体以80 m/s的速度撞击蜂窝结构,上面板吸收的能量占蜂窝板吸收能量的60%.在质量不变的前提下,改进了冲击速度为120m/s的夹层板结构,改进后的模型比原模型有更好的吸能防护效果。     

夹层材料抗弹效益表征参量研究

对采用不同夹层材料的动态防护单元进行了抗弹性能试验研究,并对部分方案的射流出靶姿态拍摄了X光照片。试验结果表明,夹层材料的波阻抗(pc)是动态防护单元抗弹效益的表征參量。通过对试验结果分析,提出动态防护单元夹层材料的选用原则。     

浮动平台在远场爆炸载荷作用下的冲击响应研究

利用在计算流场的迎爆面直接加载冲击波载荷方法来模拟浮动平台在远场爆炸作用下的冲击响应,该方法弥补了现有有限元仿真软件在远场计算中的不足。把计算结果和试验测量结果进行了对比分析,计算结果与试验值吻合较好。     

夹层材料对“三明治”复合装甲抗弹性能影响的仿真研究

为研究夹层材料对“三明治”复合装甲抗弹性能的影响,采用数值模拟的方法,利用非线性显式动力学分析软件LS-DYNA中的Lagrange算法对圆柱形杆状弹丸侵彻不同夹层材料的复合装甲板进行三维数值仿真。结果表明:夹层材料可大大降低同体积装甲板的质量,同时大幅度提高复合装甲的抗弹性能;在设计的9组靶板组合中,钛合金材料夹层复合装甲显示出优越的抗弹性能。     

爆炸冲击载荷作用下靶板动态响应研究

应用量纲分析方法分析爆炸冲击载荷下影响靶板动态响应的相关独立变量,分析了炸距和装药量对变形扰度值的影响。利用有限元软件LS-DYNA进行数值仿真,模拟靶板在冲击波载荷下的动力学响应,模拟结果与实验结果基本吻合。控制单一变量,分别得到炸距和装药量对靶板变形量的影响规律。研究结果表明,在一定范围内,靶板变形扰度随炸距的增加呈现类似指数形式的快速减小,随装药量的增加而线性增大。     

矩形板在水下爆炸冲击载荷作用下的动力响应分析

根据塑性变形理论．推导出矩形板在水下爆炸载荷作用下中心处挠度的解析解。利用大型有限元程序对矩形板水下爆炸冲击载荷作用过程进行数值模拟，并对相同条件下的矩形板进行水下爆炸试验，进而将三者进行对比．得出所推导的公式可以用作对矩形板的水下爆炸损伤特性进行估算。     

天然气爆炸载荷作用下钢筋混凝土板毁伤试验研究

为研究天然气爆炸压力积聚作用下钢筋混凝土板的毁伤规律,搭建9.8 m³半地下式气体爆炸加载装置,对两种厚度（80 mm、100 mm）、3种强度（C30、C40、C50）的钢筋混凝土板进行当量甲烷爆炸加载下的毁伤试验研究,获得爆炸空间中准静态压力、钢筋混凝土板面外位移、等效应变等分布特征。研究结果表明：封闭空间中,爆炸压力积聚与板体开裂泄压作用下,爆炸准静态压力出现振荡特征;等效应变与裂纹特征一致,呈对称Y型分布,且等效应变具有明显的双峰和三峰特征;两种厚度的钢混板具有显著不同的破坏模式,80 mm厚度时钢筋结构保持完整,混凝土破裂飞散,发生局部混凝土冲切破坏,100 mm时在固接处发生断裂,混凝土板整体抛出,产生大面积钢筋混凝土复合体冲切破坏。     

绕弹性水翼非定常流动的动力响应计算研究

选取NACA66水翼作为对象来研究绕弹性水翼非定常流动的水弹性响应特性,采用混合耦合算法针对Re =75 000的不稳定的片状/云状空化（σ=1.4）流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比.数值计算结果与实验结果基本吻合,较好地模拟了非定常空化初生、发展、断裂和脱落的周期性过程.结果显示,在片/云状空化下,弹性水翼的空化脱落频率与相应的实验结果基本一致;扭转振动使空化不稳定程度加剧,形成了波动的不稳定泡状形态.     

移动载荷作用下杆的轴向动力响应分析

为了对线膛身管在发射过程中导转侧力作用下产生的轴向动力响应进行分析,利用分离变量法求解了匀速移动载荷作用下杆的轴向动力响应控制方程,研究了杆的自由端运动位移和速度随时间的变化关系以及随载荷移动速度的变化关系。载荷移动过程中,自由端产生静止和匀速运动两种运动状态;自由端运动状态发生变化的时刻依赖于杆弹性纵波的传播速度;在自由端做匀速运动的时间段内,自由端的运动速度随着载荷移动速度的增大而增大,同时结合弹性波特征线理论解释了所得结果产生的原因。所得结论对膛内运动过程身管振动响应研究具有一定意义。     

预置裂纹靶板在水下冲击波作用下的动态响应研究

舰船结构在生产和使用过程中不可避免地会出现划痕、凹槽等损伤,使结构的水下抗毁伤性能出现不同程度的降低。利用非药式等效水下冲击加载装置,对预置裂纹靶板进行了水下冲击加载实验,通过高速相机对靶板变形进行记录;结合ABAQUS仿真软件对加载实验进行计算,对预置裂纹靶板在水下冲击载荷作用下的动态响应机制进行研究,得出了“3阶段”动态响应现象结论;对不同预置裂纹形状靶板进行研究,发现不同预置裂纹形状靶板的动态响应差别在于最终破坏阶段,靶板破坏倾向于出现最少裂缝情况下,将能量全部释放。对裂纹参数进行研究,结果表明：预置裂纹靶板离面位移与载荷冲量近似呈线性关系,随着裂纹深度和长度的增长,结构剩余冲击强度不断下降。     

爆炸冲击波作用下混凝土板的载荷等效方法

基于动力响应一致的原则,提出了将混凝土板所遭受的爆炸载荷等效为无升压时间的 三角形均布载荷的方法。采用量纲分析将混凝土板的最大动量及其达到时间作为等效参数,得到 了其在爆炸作用下的等效载荷超压峰值和持续时间与炸药当量和爆距之间的无量纲经验关系式。 通过对一定无量纲范围内不同工况计算结果的拟合,确定了经验表达式中的常数。最后,采用数值 方法对等效载荷和实际爆炸作用下混凝土板的动力响应数值分析结果进行比较,验证了该等效方 法的有效性。